EP1317491B1 - Verfahren zur kontinuierlichen hydroformylierung von polyalkenen mit 30 bis 700 kohlenstoffatomen - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen hydroformylierung von polyalkenen mit 30 bis 700 kohlenstoffatomen Download PDF

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EP1317491B1
EP1317491B1 EP01967331A EP01967331A EP1317491B1 EP 1317491 B1 EP1317491 B1 EP 1317491B1 EP 01967331 A EP01967331 A EP 01967331A EP 01967331 A EP01967331 A EP 01967331A EP 1317491 B1 EP1317491 B1 EP 1317491B1
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EP
European Patent Office
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cobalt
cobalt carbonyl
catalyst
carbonyl catalyst
organic phase
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EP01967331A
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EP1317491A1 (de
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Michael Röper
Heinrich-Josef Blankertz
Armin Volker Grenacher
Roland Krokoszinski
Willi SCHÖNMANN
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08F4/00—Polymerisation catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10S585/00—Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/8995—Catalyst and recycle considerations
    • Y10S585/901—Catalyst and recycle considerations with recycle, rehabilitation, or preservation of solvent, diluent, or mass action agent

Definitions

  • the present invention relates to a process for continuous Hydroformylation of essentially monounsaturated Polyalkenes with 30 to 700 carbon atoms.
  • Polybutenylamines are renowned fuel and lubricant additives. They are advantageously produced by hydroformylation of polybutene or polyisobutene and subsequent Mannich reaction or hydrogenating amination of the oxo product.
  • EP 244 616 describes a process for the production of polybutyl and polyisobutylamines and illustrates a discontinuous Hydroformylation of polybutene using Lab-scale cobalt octacarbonyl.
  • WO 90/05711 relates to a 1-hydroxymethyl polyolefin, which by Hydroformylation of a polyolefin is available.
  • a polyolefin which by Hydroformylation of a polyolefin is available.
  • WO 95/24431 describes polyolefins with terminal aldehyde or hydroxyl substituents and derivatives thereof, e.g. B. alkylamino derivatives. The latter are accessible by aminomethylation or hydroformylation and reductive amination. Discontinuous hydroformylation of an ethylene-propylene-dicyclopentadiene terpolymer using Co 2 (CO) 8 on a laboratory scale is illustrated.
  • CO Co 2
  • the polyalkylene is a continuous hydroformylation process desirable.
  • DE-OS 2139630 describes a process for the production of predominantly straight chain aldehydes by hydroformylation of olefinically unsaturated compounds with 2 to 20 carbon atoms, in a first stage aqueous cobalt salt solutions be treated with carbon monoxide and hydrogen, the aqueous solution in a second stage with an organic Phase is extracted and the organic phase and a mixture transferred from carbon monoxide and hydrogen to a third stage be where - if necessary after adding the olefinically unsaturated Connections if these are not or only partially to Extraction used in the second stage - the hydroformylation he follows.
  • Suitable polyalkylenes are those with 30 to 700 carbon atoms, in particular those with 40 to 400 carbon atoms.
  • the polyalkylenes are preferably oligo- or polymers of C 2 -C 6 -alkenes, in particular C 3 -C 6 -alkenes, in particular C 3 -C 4 -alkenes, the oligomeric or polymers being essentially simply olefinically unsaturated.
  • Polymers of butene or isobutene are particularly suitable, in particular those which contain at least 50% terminal double bonds in the form of vinyl or vinylidene groups.
  • Suitable polyisobutenes are e.g. B. disclosed in DE-A 27 02 604 or US-A-5,286,823.
  • water-soluble cobalt (II) salts come as catalyst precursors and salts of cobalt tetracarbonyl anion.
  • Suitable cobalt (II) salts are, in particular, cobalt (II) carboxylates, such as cobalt formate, cobalt acetate or cobalt ethyl hexanoate, or cobalt acetylacetonate. From an aqueous Cobalt (II) salt solution can be obtained by reaction with synthesis gas Hydroformylation active cobalt carbonyl catalyst produced become.
  • cobalt (II) carboxylates such as cobalt formate, cobalt acetate or cobalt ethyl hexanoate, or cobalt acetylacetonate.
  • the catalyst preparation requires a synthesis gas that contains 8: 3 CO and H 2 .
  • a higher concentration of H 2 has no adverse effect on the reaction, it is expedient to carry out the catalyst preparation from the aqueous cobalt (II) salt solution using the same synthesis gas as is used for the hydroformylation reaction, in order to avoid different gas flows to have to handle.
  • the aqueous cobalt (II) salt solution is generally treated with synthesis gas at temperatures of 50 to 150 ° C., preferably 80 to 120 ° C., and a pressure of 50 to 400 bar, preferably 200 to 30.0 bar.
  • the synthesis gas can contain 10 to 90% CO and 90 to 10% H 2 , preferably 30 to 70% CO and 70 to 30% H 2 .
  • the aqueous cobalt (II) salt solution is preferably adjusted to a pB value of about 2 to 5, preferably 3 to 4.
  • the cobalt concentration in the aqueous solution is usually 0.5 to 2% by weight, preferably 1.1 to 1.7% by weight.
  • cobalt (II) salt solution with the synthesis gas are suitable devices for gas-liquid reactions, such as Stirring container with a gas stirrer, bubble columns or trickle bed columns.
  • suitable devices for gas-liquid reactions such as Stirring container with a gas stirrer, bubble columns or trickle bed columns.
  • injections come from z. B. steel, Glass, aluminum oxide, silicon dioxide, steatite, acidic ion exchangers or activated carbon and precious metals deposited on activated carbon, like palladium. It can in certain cases be favorable in the production of a certain amount of catalyst an organic phase, e.g. B. crude hydroformylation product, concomitantly.
  • cobalt (II) salts for the separation of the cobalt carbonyl catalyst and reformation of
  • the discharge from the reaction zone is suitably cobalt (II) salts in the presence of an aqueous phase with oxygen or Air treated.
  • the cobalt carbonyl catalyst becomes oxidative destroyed and the cobalt atom formally from the oxidation state -1 transferred to +2 and can then be extracted with the aqueous Phase are removed.
  • This step is also called “oxidative Decobalization "is referred to and will be discussed below with a preferred embodiment of the method according to the invention explained in more detail.
  • the discharge from the reaction zone can also be treated in the absence of oxygen with an aqueous solution containing cobalt (II) ions, a water-soluble complex salt in the form of Co [Co (CO) 4 ] 2 being formed, which is then mixed with oxygen or air is oxidized to the uniform divalent form of cobalt.
  • aqueous solution containing cobalt (II) ions a water-soluble complex salt in the form of Co [Co (CO) 4 ] 2 being formed, which is then mixed with oxygen or air is oxidized to the uniform divalent form of cobalt.
  • Such a method is e.g. B. useful if you do not want to destroy the robust carbonyl catalyst quantitatively by oxidation, but previously part of it is decomposed without decomposition by means of a stripping gas.
  • the stripping gas treatment of the reaction product can expediently be combined with the stripping of the cobalt carbonyl catalyst from an aqueous solution containing it, as indicated below for a preferred embodiment of
  • the catalyst precursor is also an aqueous solution of a salt of cobalt tetracarbonyl anion, especially the sodium salt.
  • a salt of cobalt tetracarbonyl anion especially the sodium salt.
  • This can for the preparation of the cobalt carbonyl catalyst z. B. with sulfuric acid be acidified.
  • the discharge from the reaction zone with the aqueous solution Base e.g. B. treated with soda solution, the cobalt carbonyl hydrogen back into a water-soluble salt is transferred.
  • an aqueous containing the cobalt carbonyl catalyst Phase an aqueous containing the cobalt carbonyl catalyst Phase.
  • the preformed cobalt carbonyl catalyst can be outside the reaction zone from the aqueous to the organic phase be transferred. Otherwise, the cobalt carbonyl catalyst is used containing aqueous phase as such in the reaction zone on.
  • the cobalt carbonyl catalyst is dissolved in an organic phase containing the polyalkylenes and leads the organic loaded with the cobalt carbonyl catalyst Phase into the reaction zone.
  • the cobalt carbonyl catalyst containing aqueous phase with the organic Bring phase in contact with the cobalt carbonyl catalyst is extracted at least partially into the organic phase.
  • Countercurrent extractors are advantageous used to create a large phase exchange area with packing, e.g. B. Raschig wrestling, Pall rings or glass balls, filled or labyrinth packs can have.
  • packing e.g. B. Raschig wrestling, Pall rings or glass balls, filled or labyrinth packs can have.
  • the total amount of organic is advantageously used for the extraction Phase, which is then introduced into the reaction zone will, d. H. the entire polyalkylene or the mixture of alkylene and solvents used.
  • d. H. the entire polyalkylene or the mixture of alkylene and solvents used.
  • the conditions for the catalyst extraction are to be selected that when the catalyst is extracted, there is still no hydroformylation starts.
  • Will the cobalt catalyst by treating an aqueous cobalt (II) salt solution with synthesis gas are comparable in the catalyst extraction Conditions suitable for pressure and temperature such as in catalyst production.
  • the aqueous phase containing the cobalt carbonyl catalyst if appropriate in the presence of the cobalt carbonyl catalyst containing discharge from the reaction zone, with a stripping gas, especially to treat synthesis gas and that with the cobalt carbonyl catalyst loaded stripping gas with a the polyalkylene contact containing organic phase, the cobalt carbonyl catalyst at least partially in the organic Phase is absorbed.
  • Organic phase containing polyalkylene and the robalt carbonyl catalyst introduce containing aqueous phase, wherein a Extraction of the cobalt carbonyl catalyst into the organic phase in this case takes place in the reaction zone.
  • the aqueous phase containing the cobalt carbonyl catalyst and the the organic phase containing polyalkylenes into the reaction zone introduced that a good phase mixing takes place and the largest possible phase exchange area is generated.
  • the metering devices known to the person skilled in the art such as B. filled with packing turbulence tubes or mixing nozzles for multiphase systems.
  • the two phases can optionally together with the synthesis gas via a line be fed to the reaction zone.
  • reaction discharge both at the top of the reactor and from the bottom space of the reactor comprises in generally 10 to 100 vol .-%, in particular 30 to 50 vol .-% aqueous Phase.
  • the organic phase advantageously contains an organic solvent, with aromatic or aliphatic hydrocarbons being preferred.
  • organic solvents include benzene, toluene, xylenes, ethylbenzenes, cyclohexane, paraffin fractions, in particular linear or branched C 6 -C 30 alkanes.
  • Preferred solvents are essentially water-insoluble and readily miscible with the polyalkylenes and the cobalt carbonyl catalyst.
  • the temperature during the hydroformylation is generally around 100 to 250 ° C, especially 120 to 200 ° C.
  • the implementation will preferably at a pressure in the range from 150 to 400 bar, in particular 200 to 300 bar.
  • Suitable pressure-resistant reactors for hydroformylation are Known specialist. These include the generally customary reactors for gas-liquid reactions, such as. B. tubular reactors, stirred tanks,
  • Gas circulation reactors, bubble columns, etc., if necessary Internals can be divided.
  • a is suitable vertical high-pressure bubble column reactor, if necessary is provided with coaxial tubular internals.
  • reaction zone is used for the purposes of the present invention Area of a reactor viewed in which suitable pressure and Temperature conditions prevail and so the reactants Come into contact with each other that the hydroformylation reaction expires. It can be preferred to achieve the highest possible sales be the hydroformylation in at least two consecutive Reaction zones that are located in one or more reactors can perform. Of several reaction zones spoken if there is essentially no backmixing between them takes place. The formation of several reaction zones in one Reactor can be achieved by cascading the reactor appropriately become.
  • two or more reactors can be connected in series can be switched to hydroformylation in several Reaction zones.
  • the reaction zone can optionally be introduced with fresh synthesis gas become.
  • An even mass transfer from the first Reaction zone to the second or further reaction zone takes place preferably by maintaining a constant differential pressure from a few bar, e.g. B. 2 to 5 bar.
  • Synthesis gas is a technical mixture of carbon monoxide and Hydrogen.
  • the composition of the process according to the invention Synthesis gas used can vary widely.
  • the molar ratio of carbon monoxide to hydrogen is usually about 10: 1 to 1:10, in particular 2.5: 1 to 1: 2.5.
  • a preferred ratio is about 40:60 to 50:50.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that that the concentration of the cobalt carbonyl catalyst is calculated as cobalt, based on the organic fed to the reaction zone Phase 0.05 to 1.5% by weight, in particular 0.1 to 0.5% by weight, is.
  • the extraction of the cobalt carbonyl catalyst into the polyalkylenes containing organic phase in step b) can optionally be outside the reaction zone or simultaneously with the hydroformylation take place in the reaction zone, to avoid repetition reference is made to the above statements. Most is it prefers in view of the lower equipment expenditure, if the catalyst extraction takes place in the reaction zone, d. H. the aqueous and organic phases only come in the Reaction zone in contact with each other.
  • step d the discharge from the reaction zone is treated with molecular oxygen, usually in the form of air, in the presence of aqueous weakly acidic cobalt (II) salt solution.
  • the cobalt contained in the cobalt carbonyl catalyst is oxidized according to the following equation from the oxidation state -1 to +2 and removed from the organic phase of the reaction discharge by extraction with the aqueous phase: 2HCo (CO) 4 + 1.5O 2 + 4H + ⁇ 2Co 2+ + 8CO + 3H 2 O
  • the aqueous phase is achieved in the form of small droplets is present as a disperse phase, and the organic phase is then as a water-in-oil emulsion. It has proven to be beneficial set the specified phase ratio, since then the subsequent separation of the phases is made considerably easier.
  • Decarburization is generally carried out at a pH from 2 to 6, preferably 3 to 4.
  • a carboxylic acid especially formic acid or acetic acid, suitable.
  • the acidity of the aqueous phase should be in each case so that it is sufficient, the whole Record cobalt according to the equation above.
  • the discharge from the reaction zone is brought into contact with molecular oxygen, preferably in the form of air.
  • molecular oxygen preferably in the form of air.
  • the amount of molecular oxygen is such that, based on the cobalt contained in the discharge from the reaction zone, there is at least twice, preferably 2.1 times, the amount of molecular oxygen. If air is used, this means that 2.7 Nm 3 air must be used per gram of cobalt.
  • the amount of oxygen should preferably not exceed 2.5 times the stoichiometrically required amount.
  • the aqueous phase saturates with the offered oxygen, so that the subsequent oxidation is not inhibited by a slow mass transfer taking place across a gas-liquid interface.
  • the mixing of the aqueous phase and the molecular oxygen-containing gaseous phase can be carried out in any apparatus for carrying out gas-liquid reactions, for. B. a bubble column, a mixing section, an intensely stirred mixing vessel or a two-fluid nozzle.
  • the decobalization is preferably carried out at elevated temperature. in the In general, temperatures of 50 to 150 ° C, preferably from 100 to 120 ° c. Treatment can be depressurized or under increased pressure take place. It has proven particularly successful Application of a pressure of more than 1 bar, preferably 5 to 50 bar.
  • the residence time in the decarburization stage can be within further limits can be varied.
  • the mixing can z. B. in a stirred tank, a two-fluid nozzle or Mixing section, e.g. B. a packed bed.
  • Packings are Raschig rings, Pall rings, glass balls and the like suitable.
  • the mixture can be aqueous and organic phase into a calming zone and be separated. This is conveniently done in one lying, continuously operated phase separation vessel that with low flow rate is flowed through. conditioned the emulsion separates due to the difference in density of the phases in the earth's gravitational field, so that both phases are connected and are largely layered on top of each other without foreign phases.
  • the aqueous phase is obtained practically free of organic Phase so that the cobalt (II) salt solution without further workup returned to the catalyst formation and decobalization stage can be.
  • the organic phase usually falls as Fine emulsion, the finely dispersed droplets of the aqueous Contains phase.
  • the fine emulsion is usually very stable and Phase separation due to the density difference takes a very long time Residence.
  • To the coalescence of the remaining dispersed one is advantageously used or several mechanical coalescence stages with integrated or downstream phase separation device.
  • Separators with coalescence internals such as packing, coalescence surfaces or fine-pored elements.
  • the packing in an expedient embodiment becomes a vertically arranged packed column used, the packing consists of a material that is wetted by the disperse aqueous phase, and the packed bed flooded through the organic phase.
  • DE-A-2 227 546 and DE-A-2 435 713 (a) the DE-A-2 013 820 (b), DE-A-1 545 215 (c) and DE-A-4 326 772 (d) are described.
  • an emulsion splitter is particularly preferred, by reacting polyethyleneimine with a molecular weight from 10,000 to 50,000 with such amounts of propylene oxide and optionally in addition ethylene oxide is obtained that the content of alkoxy units is 90 to 99% by weight.
  • the amount of emulsion splitter required to achieve the desired Effect is metered is generally about 0.1 to 100 g / t organic phase used, preferably 2 to 20 g / t.
  • the emulsion splitter is preferably continuous in dilute form added. Dilution with an inert solvent, z. B. ortho-xylene, facilitates handling and dosage the small amount needed. The addition is advantageously carried out together with the addition of the aqueous extraction solution and the air under relaxation, causing the emulsion splitter is mixed in effectively.
  • Formic acid is particularly suitable as the aqueous acid in step b).
  • the method according to this embodiment can be analogous to that processes described in US Pat. No. 5,434,318 are carried out, to which full reference is made.
  • the method according to this embodiment can be analogous to that in H. Lemke, "Select the Best Oxo Catalyst Cycle” Hydrocarbon Processing Petrol. Refiner, 45 (2) (Feb. 1966), 148-152 Procedures are carried out.
  • Fig. 1 shows schematically one for practicing the invention Process with separate extraction stage suitable plant.
  • one Carbonyl formation zone (16) becomes an aqueous line (8a) Cobalt (II) salt solution and fed via line (2) synthesis gas.
  • the carbonyl formation zone (16) is discharged via the line (17) transferred to the extraction zone (18), which at the same time line (1) is a polyalkylene or a mixture of polyalkylene and is supplied to a solvent.
  • line (1) is a polyalkylene or a mixture of polyalkylene and is supplied to a solvent.
  • the educated Cobalt carbonyl catalyst largely in the polyalkylene-containing Transferred phase, which then after phase separation via line (3) is supplied to the reaction system (4).
  • the one on cobalt carbonyls impoverished aqueous solution still containing cobalt (II) salt via the lines (19) and (8) to the decobalization stage (6).
  • the reaction system (4) which consists of several reactors or a reactor with suitable internals can be found under Hydroformylation conditions the implementation of the polyalkylene with synthesis gas instead of hydroformylation products.
  • the cobalt changes the oxidation state from -1 to +2 and is in the acidic aqueous phase as cobalt (II) salt solved.
  • a carbonyl formation zone (16) is an aqueous Robalt (II) salt solution via line (8a) and fed via the line (2) synthesis gas.
  • the discharge from the carbonyl formation zone is via line (3) two series-connected reactors existing hydroformylation system (4) fed into the also via the line (2) synthesis gas and via line (1) the polyalkylene or Mixture of polyalkylene and solvent is fed.
  • the Discharge from the reaction system is carried out as described above with reference to FIG. 1 outlined, via the line (5) of the decobalization stage (6) fed.
  • the bottom of the first reactor of the hydroformylation system an aqueous one depleted of cobalt carbonyls Phase withdrawn and via line (20) of the decobalization stage (6) fed.
  • This discharge can be dispensed with if the aqueous phase depleted in cobalt carbonyls in the hydroformylation mixture is soluble or dispersible. Further processing takes place as described above with reference to FIG. 1, the same reference numerals having the same meaning.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the method according to the invention, in which the preformed cobalt carbonyl catalyst stripped of a stripping gas and in the to be hydroformylated organic phase is absorbed.
  • the reactor (3) are over line (1) a cobalt carbonyl catalyst and polyalkylene containing organic phase and via line (2) synthesis gas fed. In the reactor (3) takes place at elevated temperature and elevated Pressure the hydroformylation reaction.
  • the reaction discharge is discharged via line (4) and via line (6) an aqueous solution of a carboxylic acid, such as formic acid.
  • the reaction discharge treated in this way is in the stripper (7) with a stripping gas, e.g. B. syngas treated, the volatile robalt carbonyl catalyst carried in part by the stripping gas and is removed via the line (9).
  • a stripping gas e.g. B. syngas treated
  • Strippers (7) becomes a heterogeneous mixture of the organic reaction product and the dissolved cobalt compounds contained removed aqueous phase and fed to a phase separation vessel (10).
  • the organic phase is removed via line (11) and further processing.
  • the aqueous phase will via the line (12) to the decobbing device (13), where it is treated with an oxygen-containing gas, such as air and the soluble cobalt compounds in cobalt (II) salts being transformed.
  • the treated aqueous solution is fed via line (15) to an evaporator (16) where a concentrated cobalt (II) salt solution and an aqueous one Carboxylic acid solution can be obtained.
  • the aqueous carboxylic acid solution can via line (6) to acidify the organic reaction product the hydroformylation can be used.
  • the concentrated one Cobalt (II) salt solution is the line (17) to the cobalt carbonyl generator (20) supplied to which via the line (18) synthesis gas is also supplied. This is expediently Cobalt carbonyl generator (20) via line (19) also one small amount of the uncapped crude hydroformylation product fed.
  • Cobalt carbonyl generator (20) from the dissolved Cobalt (II) salts produced a cobalt carbonyl catalyst which is fed to the stripper (7) via line (5).
  • That with the cobalt carbonyl catalyst loaded stripping gas from the stripper (7) is fed via line (9) to the absorber (21), via line (22) contains an organic phase containing polyalkylene is fed. That depleted on the cobalt carbonyl catalyst Stripping gas is fed again to the stripper (7) via line (8). The organic loaded with the cobalt carbonyl catalyst Phase is fed to the reactor (3) via line (1).
  • Comparative Example 1 Use of aqueous cobalt salt solution as a hydroformylation catalyst
  • the hydroformylation reaction took place in the hydroformylation reactor system at 180 to 185 ° C instead of.
  • the reactor pressure of about 270 bar was kept constant by supplying the necessary amount of synthesis gas.
  • the product After passing the reactor section, the product was turned into a Relaxation level relaxed. The pressure was around 270 lowered to 20 bar. In the decarburization zone were hourly also 2600 kg of cobalt salt solution of the above composition and 17 kg of air passed. Immediately after the exit of the An emulsion splitter was used as a diluted solution in the decobinding stage added so that the concentration of splitter 12 g per t Reaction discharge was.
  • the emulsion splitter was one with propylene oxide modified polyethyleneimine (molecular weight of the for Production of polyethyleneimine used: about 20,000; Content of Propoxy units 99% by weight, compare WO 98/12235).
  • the liquid phases were separated from one another.
  • the aqueous phase was largely free of organic components, the content of cobalt carbonyls was only 0.05% by weight.
  • the organic phase still contained about 0.7% by weight of foreign phase. Further processing was carried out as described in WO 98/12235. 93% of the polyisobutylene used was converted. 62% of the converted polyisobutene was converted into the valuable products polyisobutyl aldehyde, alcohol or ester. The polyisobutene conversion and the yields of polyisobutene aldehyde, alcohol or ester were determined by column chromatography and by determining the parameters familiar to the person skilled in the art.
  • a precarbonylation reactor was fed with 208 kg / h of aqueous acidic cobalt formate solution, the pH of which was adjusted to 3.4 with formic acid and which contained 1.3% by weight of cobalt.
  • the conversion of the cobalt formate into cobalt carbonyls was carried out at 95 ° C. and 280 bar with a gas mixture of 40 vol.% CO and 59 vol.% H 2 (+1% inert gases). Essentially all of the gas required to carry out the hydroformylation was passed through the precarbonylation reactor, which had a volume of 2.3 m 3 and was filled with activated carbon. After passing through the precarbonylation reactor, 70% of the cobalt on offer had been converted to cobalt carbonyl hydrogen.
  • the discharge from the precarbonylation reactor was passed without relaxation into an extraction zone, into which 3660 kg of a mixture of 1940 kg of polyisobutene and 1720 kg of a C 12 -C 14 -paraffin hydrocarbon fraction were also introduced per hour.
  • the extraction zone consisting of a mixing and a calming zone, the cobalt carbonyls were largely transferred from the aqueous phase to the organic phase consisting of the polyisobutene and the C 12 -C 14 -paraffin hydrocarbon fraction.
  • the organic phase loaded with cobalt carbonyls 3700 kg / h, was fed to the hydroformylation system.
  • the reaction system had a reaction volume of 21.7 m 3 , so that the reaction space load was 0.17 kg / l * h.
  • the hydroformylation reaction took place in the reaction system at 181 ° C.
  • the reaction pressure of 270 bar was kept constant by supplying the necessary amount of synthesis gas, which was removed from the precarbonylation zone.
  • the product After passing the reaction zone, the product was turned into a Relaxation zone relaxed. The pressure was raised from 270 to Lowered 20 bar. In the decobbing zone were also hourly 2300 kg cobalt salt solution of the above composition as well as 9.5 kg of air passed before entering the decarburization zone were mixed intensively in a two-component nozzle and then a bubble column with an average residence time of happened about 2 minutes. It turned out to be a temperature of 115 ° C. Immediately after the exit of the decarburization zone an emulsion splitter was added as a dilute solution that the concentration of splitter 420 mg per t of reaction discharge scam. The emulsion splitter was modified with propylene oxide Polyethyleneimine according to WO 98/12235.
  • Example 3 Use of aqueous cobalt carbonyl solutions as hydroformylation
  • the precarbonylation reactor described above was fed with 208 kg / h of aqueous acidic cobalt formate solution, the pH of which was adjusted to 3.4 with formic acid and which contained 1.3% by weight of cobalt.
  • the conversion of the cobalt formate into cobalt carbonyls was carried out at 95 ° C. using a gas mixture of 40% by volume CO and 59% by volume H 2 (+1% inert gases). Essentially all of the gas necessary to carry out the hydroformylation was passed through the precarbonylation reactor. After passing through the precarbonylation reactor, 70% of the cobalt on offer had been converted to cobalt carbonyl hydrogen.
  • the discharge from the precarbonylation reactor was fed directly to the hydroformylation system.
  • the hydroformylation reaction took place in the reaction system at 181 ° C instead of.
  • the reaction pressure of 270 bar was increased by supplying the necessary Amount of syngas kept constant.
  • At the bottom of the first Reactor of the reaction system became 185 kg an hour Cobalt carbonyls depleted aqueous solution and the Decarburization stage supplied.
  • the product After passing the reaction zone, the product was turned into a Relaxation zone relaxed. The pressure was raised from 270 to Lowered 20 bar. In the decobbing zone were also hourly 2300 kg cobalt salt solution of the above composition as well as 9.5 kg of air passed before entering the decarburization zone were mixed intensively in a two-component nozzle and then a bubble column with an average residence time of happened about 2 minutes. It turned out to be a temperature of 115 ° C. Immediately after the exit of the decarburization zone an emulsion splitter was added as a dilute solution that the concentration of splitter 420 mg per t of reaction discharge scam. The emulsion splitter was modified with propylene oxide Polyethyleneimine according to WO 98/12235.
  • the yield of the desired polyisobutenaldehyde, alcohol and ester was according to the two examples 2 and 3 according to the invention using preformed outside the reaction zone Robalt carbonyl significantly higher than in the comparative example 1, in which the reaction system is an aqueous cobalt formate solution was supplied and the cobalt carbonyl formation only in the reaction system took place.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Hydroformylierung von im Wesentlichen einfach ungesättigten Polyalkenen mit 30 bis 700 Kohlenstoffatomen.
Polybutenylamine sind begehrte Kraftstoff- und Schmierstoffadditive. Ihre Herstellung gelingt vorteilhaft durch Hydroformylierung von Polybuten oder Polyisobuten und anschließende Mannich-Reaktion oder hydrierende Aminierung des Oxoprodukts.
Die EP 244 616 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Polybutyl- und Polyisobutylaminen und veranschaulicht eine diskontinuierliche Hydroformylierung von Polybuten unter Verwendung von Kobaltoctacarbonyl im Labormaßstab.
Die WO 90/05711 betrifft ein 1-Hydroxymethylpolyolefin, das durch Hydroformylierung eines Polyolefins erhältlich ist. In einem Beispiel wird die diskontinuierliche Hydroformylierung von Polybuten unter Verwendung eines Kobaltcarbonylkatalysators im Labormaßstab veranschaulicht.
M. Di Serio et al., J. Mol. Catal. 69 (1991) 1-14 beschreiben kinetische Untersuchungen zur Hydroformylierung von Polyisobuten. Die Hydroformylierungsversuche wurden diskontinuierlich unter Verwendung von Kobaltacetylacetonat durchgeführt.
Die WO 95/24431 beschreibt Polyolefine mit terminalen Aldehyd- oder Hydroxylsubstituenten und Derivate davon, z. B. Alkylaminoderivate. Letztere sind durch Aminomethylierung oder Hydroformylierung und reduktive Aminierung zugänglich. Es wird eine diskontinuierliche Hydroformylierung eines Ethylen-propylen-dicyclopentadien-Terpolymers unter Verwendung von Co2(CO)8 im Labormaßstab veranschaulicht.
Für eine wirtschaftliche großtechnische Herstellung von Oxoprodukten der Polyalkylene ist ein kontinuierliches Hydroformylierungsverfahren wünschenswert. Hierzu ist es erforderlich, den Kobaltkatalysator von den Hydroformylierungsprodukten abzutrennen und - gegebenenfalls nach chemischer Umwandlung - in die Hydroformylierungsreaktion zurückzuführen. Besonders zweckmäßig erfolgt die Abtrennung des homogen in den Hydroformylierungsprodukten gelösten Katalysators durch dessen Heterogenisierung, indem dieser z. B. in eine wasserlösliche Form umgewandelt und in eine wässrige Phase extrahiert wird. Die wasserlösliche Form wird dann wieder zurück in den aktiven Katalysator umgewandelt.
Ein derartiges kontinuierliches Verfahren ist in der WO 98/12235 offenbart. Dabei werden eine Polyisobuten enthaltende organische Phase und eine saure wässrige Kobaltformiatlösung gleichzeitig in einen Hydroformylierungsreaktor geleitet. Nach der Reaktion wird der Reaktionsaustrag entspannt und der Kobaltkatalysator durch Extraktion mit einer wässrigen sauren Lösung in Gegenwart von Luftsauerstoff sowie eines polymeren Emulsionsspalters zurückgewonnen. Bei dem in der WO 98/12235 beschriebenen Verfahren erfolgen die in situ-Bildung des Kobaltkatalysators, die Extraktion des Kobaltkatalysators in die organische Phase und die Hydroformylierung des Polyalkylens in einem Schritt in der Reaktionszone unter Hydroformylierungsbedingungen.
Es hat sich gezeigt, dass die Selektivität des bekannten Verfahrens bezüglich der Wertprodukte Polyalkylenaldehyd, -alkohol und/oder -ester bei gegebener Reaktorbelastung bzw. die zulässige Reaktorbelastung ohne Selektivitätseinbuße verbesserungswürdig sind.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass bei der kontinuierlichen Hydroformylierung von Polyalkylenen eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute bei hoher Wertproduktselektivität erzielt wird, wenn die Katalysatorbildung vorab, d. h. außerhalb der Hydroformylierungszone, erfolgt.
Dieser Befund ist überraschend, da davon auszugehen ist, dass unter den Bedingungen der Hydroformylierung von Polyalkylenen die in situ-Bildung des Katalysators ausreichend rasch verläuft und angesichts der im Vergleich zu niedermolekularen Olefinen relativ geringen Doppelbindungskonzentration in den Polyalkylenen ein ausreichendes Katalysatorangebot in der Hydroformylierungszone vorliegt. Offensichtlich werden aber bei der in situ-Katalysatorbildung intermediär niedervalente Kobaltverbindungen gebildet, die eine katalytische Aktivität unerwünschter Selektivität aufweisen und z. B. die Hydrierung der Polyalkylene gegenüber der 1-Hydro-2-carboaddition (Hydroformylierung) begünstigen.
Die DE-OS 2139630 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von vorwiegend geradkettigen Aldehyden durch Hydroformylierung von olefinisch ungesättigten Verbindungen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei in einer ersten Stufe wässrige Kobaltsalzlösungen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff behandelt werden, die wässrige Lösung dann in einer zweiten Stufe mit einer organischen Phase extrahiert wird und die organische Phase und ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in eine dritte Stufe überführt werden, wo - gegebenenfalls nach Zuführung der olefinisch ungesättigten Verbindungen, falls diese nicht oder nur teilweise zur Extraktion in der zweiten Stufe verwendet wurden - die Hydroformylierung erfolgt. Es lag fern, dieses Verfahren auf die Hydroformylierung von Polyalkylenen zu übertragen, da die DE 2139630 ausdrücklich auf lineare Aldehyde abstellt, Polyalkylene (und die daraus erhaltenen Aldehyde) jedoch stets mäßig bis stark verzweigt sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Hydroformylierung von im Wesentlichen einfach ungesättigten Polyalkylenen mit 30 bis 700 Kohlenstoffatomen, bei dem man
  • i) in Abwesenheit der Polyalkylene aus einem in einer wässrigen Phase gelösten Katalysatorvorläufer einen hydroformylierungsaktiven Kobaltcarbonylkatalysator herstellt,
  • ii) in einer Reaktionszone die Polyalkylene in Gegenwart des Kobaltcarbonylkatalysators mit Synthesegas hydroformyliert,
  • iii) aus dem Austrag aus der Reaktionszone den Kobaltcarbonylkatalysator unter zumindest teilweiser Rückbildung des Katalysatorvorläufers abtrennt und den Katalysatorvorläufer in Schritt i) zurückführt.
    • Als Polyalkylene kommen solche mit 30 bis 700 Kohlenstoffatomen, insbesondere solche mit 40 bis 400 Kohlenstoffatomen in Betracht. Die Polyalkylene sind vorzugsweise oligo- oder Polymere von C2-C6-Alkenen, insbesondere C3-C6-Alken, insbesondere C3-C4-Alkenen, wobei die oligomere oder Polymere im Wesentlichen einfach olefinisch ungesättigt sind. Insbesondere kommen Polymere des Butens oder Isobutens in Betracht, insbesondere solche, die wenigstens 50 % endständige Doppelbindungen in Form von Vinyl- oder Vinylidengruppen enthalten. Geeignete Polyisobutene sind z. B. in der DE-A 27 02 604 oder der US-A-5,286,823 offenbart.
    Als Katalysatorvorläufer kommen insbesondere wasserlösliche Kobalt(II)-salze und Salze des Kobalttetracarbonylanions in Betracht.
    Geeignete Kobalt(II)-salze sind insbesondere Kobalt(II)-carboxylate, wie Kobaltformiat, Kobaltacetat oder Kobaltethylhexanoat, oder auch Kobaltacetylacetonat. Aus einer wässrigen Kobalt(II)-salzlösung kann durch Umsetzung mit Synthesegas der hydroformylierungsaktive Kobaltcarbonylkatalysator hergestellt werden.
    Die Umwandlung des Co2+ aus der wässrigen Kobalt(II)-salzlösung in einen hydroformylierungsaktiven Kobaltcarbonylkatalysator, d. h. Kobaltcarbonylwasserstoff, erfolgt gemäß der Reaktionsgleichung: 2Co2+ + 8CO + 3H2 → 2HCo(CO)4 + 4H+
    Aus der Gleichung folgt, dass die Katalysatorherstellung ein Synthesegas erfordert, das CO und H2 im Verhältnis 8:3 enthält. Da aber eine höhere Konzentration von H2 keinen nachteiligen Einfluss auf die Reaktion hat, ist es zweckmäßig, die Katalysatorherstellung aus der wässrigen Kobalt(II)-salzlösung mit dem gleichen Synthesegas durchzuführen, wie es auch für die Hydroformylierungsreaktion eingesetzt wird, um nicht verschiedene Gasströme handhaben zu müssen. Die wässrige Kobalt(II)-salzlösung wird im Allgemeinen bei Temperaturen von 50 bis 150 °C, vorzugsweise 80 bis 120 °C, und einem Druck von 50 bis 400 bar, vorzugsweise 200 bis 30.0 bar, mit Synthesegas behandelt. Das Synthesegas kann 10 bis 90 % CO und 90 bis 10 % H2, vorzugsweise 30 bis 70 % CO und 70 bis 30 % H2 enthalten. Die wässrige Kobalt(II)-salzlösung wird vorzugsweise auf einen pB-Wert von etwa 2 bis 5, vorzugsweise 3 bis 4, eingestellt. Zur Einstellung des pH-Werts sind z. B. Ameisensäure oder Essigsäure geeignet. Die Kobaltkonzentration in der wässrigen Lösung beträgt in der Regel 0,5 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 1,1 bis 1,7 Gew.-%.
    Für die Umsetzung der Kobalt(II)-salzlösung mit dem Synthesegas eignen sich übliche Apparate für Gas-flüssig-Reaktionen, wie Rührbehälter mit Begasungsrührer, Blasensäulen oder Rieselbettkolonnen. Für das Rieselbett kommen Formkörper aus z. B. Stahl, Glas, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Steatit, sauren Ionenaustauschern oder Aktivkohle sowie auf Aktivkohle abgeschiedene Edelmetalle, wie Palladium, in Betracht. Es kann in bestimmten Fällen günstig sein, bei der Katalysatorherstellung eine bestimmte Menge einer organischen Phase, z. B. rohes Hydroformylierungsprodukt, mitzuverwenden. Z. B. kann man die organische Phase mit der Kobalt(II)-salzlösung über das Rieselbett leiten Da der Kobaltcarbonylkatalysator eine geringe Löslichkeit in Wasser, aber eine hohe Löslichkeit in organischen Medien aufweist, können so unerwünschte Kobaltabscheidungen vermieden werden. In der Regel ist es jedoch bevorzugt, wenn die Katalysatorherstellung in Abwesenheit jeglicher organischer Phase erfolgt.
    Man erhält so eine mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene wässrige Lösung, die entweder als solche in die Reaktionszone geführt wird oder aus der der Katalysator abgetrennt und als Gasphase oder organische Flüssigphase in die Reaktionszone geführt wird, wie dies weiter unten erläutert ist.
    Zur Abtrennung des Kobaltcarbonylkatalysators und Rückbildung von Kobalt(II)-salzen wird der Austrag aus der Reaktionszone geeigneterweise in Gegenwart einer wässrigen Phase mit Sauerstoff oder Luft behandelt. Dabei wird der Kobaltcarbonylkatalysator oxidativ zerstört und das Kobaltatom formal von der Oxidationsstufe -1 nach +2 überführt und kann sodann durch Extraktion mit der wässrigen Phase entfernt werden. Dieser Schritt wird auch "oxidative Entkobaltung" bezeichnet und wird weiter unten im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
    Alternativ kann man den Austrag aus der Reaktionszone auch in Abwesenheit von Sauerstoff mit einer Kobalt(II)-ionen enthaltenden wässrigen Lösung behandeln, wobei ein wasserlösliches komplexes Salz in Form von Co[Co(CO)4]2 gebildet wird, das dann mit Sauerstoff oder Luft zur einheitlich zweiwertigen Form des Kobalts oxidiert wird. Ein solches Verfahren ist z. B. dann sinnvoll, wenn man den Robaltcarbonylkatalysator nicht quantitativ durch Oxidation zerstören will, sondern zuvor einen Teil davon unzersetzt mittels eines Strippgases abtrennt. Die Strippgasbehandlung des Reaktionsaustrags kann zweckmäßigerweise mit dem Ausstrippen des Kobaltcarbonylkatalysators aus einer diesen enthaltenden wässrigen Lösung kombiniert werden, wie dies weiter unten für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben ist.
    Als Katalysatorvorläufer ist neben wässrigen Kobalt(II)-salzlösungen auch eine wässrige Lösung eines Salzes des Kobalttetracarbonylanions, insbesondere des Natriumsalzes, geeignet. Diese kann zur Herstellung des Kobaltcarbonylkatalysators z. B. mit Schwefelsäure angesäuert werden. Zur Abtrennung des Kobaltcarbonylkatalysators unter Rückbildung des Kobalttetracarbonylanions kann der Austrag aus der Reaktionszone mit der wässrigen Lösung einer Base, z. B. mit Sodalösung, behandelt werden, wobei der Kobaltcarbonylwasserstoff wieder in ein wasserlösliches Salz davon überführt wird.
    Nach den vorstehenden Methoden der Katalysatorherstellung erhält man eine den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase. Der vorgebildete Kobaltcarbonylkatalysator kann außerhalb der Reaktionszone aus der wässrigen in die organische Phase transferiert werden. Andernfalls führt man die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase als solche in die Reaktionszone ein. Im ersten Fall löst man den Kobaltcarbonylkatalysator in einer die Polyalkylene enthaltenden organischen Phase und führt die mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene organische Phase in die Reaktionszone ein. Zum Lösen des Kobaltcarbonylkatalysators in der organischen Phase kann man die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase mit der organischen Phase in Kontakt bringen, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird.
    Zur Extraktion des Kobaltcarbonylkatalysators aus der wässrigen Phase in die organische Phase eignen sich alle in der Technik eingeführten Vorrichtungen, die für eine drucklose Extraktion oder eine Druckextraktion geeignet sind. Mit Vorteil werden Gegenstromextraktionsapparate verwendet, die zur Schaffung einer großen Phasenaustauschfläche mit Füllkörpern, z. B. Raschig-Ringen, Pallringen oder Glaskugeln, gefüllt sein oder Labyrinthpackungen aufweisen können. Alternativ sind nach dem Mixer-Settler-Prinzip arbeitende Einrichtungen oder intensiv gerührte Behälter geeignet.
    Vorteilhaft verwendet man zur Extraktion die Gesamtmenge organischer Phase, die anschließend in die Reaktionszone eingeführt wird, d. h. das gesamte Polyalkylen bzw. das Gemisch aus Alkylen und mitverwendeten Lösungsmitteln. Vorzugsweise wählt man den Mengenstrom so, dass ein Phasenverhältnis von wässriger zu organischer Phase von etwa 1:1 bis 1:50, insbesondere 1:10 bis 1:20, erhalten wird.
    Die Bedingungen bei der Katalysatorextraktion sind so zu wählen, dass bei der Katalysatorextraktion noch keine Hydroformylierung einsetzt. Im Allgemeinen ist eine Temperatur von 5 bis 150 °C, vorzugsweise 70 bis 100 °C, und ein Druck von 50 bis 400 bar, vorzugsweise 250 bis 300 bar, geeignet. Wird der Kobaltkatalysator durch Behandeln einer wässrigen Kobalt(II)-salzlösung mit Synthesegas hergestellt, sind bei der Katalysatorextraktion vergleichbare Bedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur geeignet wie bei der Katalysatorherstellung.
    Anstelle einer Flüssig-flüssig-Extraktion ist es auch möglich, die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase, gegebenenfalls in Gegenwart des ebenfalls Kobaltcarbonylkatalysator enthaltenden Austrags aus der Reaktionszone, mit einem Strippgas, insbesondere Synthesegas, zu behandeln und das mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Strippgas mit einer die Polyalkylene enthaltenden organischen Phase in Kontakt bringen, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in der organischen Phase absorbiert wird.
    Alternativ kann man in die Reaktionszone gleichzeitig eine die Polyalkylene enthaltende organische Phase und die den Robaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase einführen, wobei eine Extraktion des Kobaltcarbonylkatalysators in die organische Phase in diesem Fall in der Reaktionszone erfolgt. Hierzu werden die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase und die die Polyalkylene enthaltende organische Phase so in die Reaktionszone eingebracht, dass eine gute Phasenvermischung erfolgt und eine möglichst hohe Phasenaustauschfläche erzeugt wird. Für die Dosierung können die dem Fachmann bekannten Dosiervorrichtungen, wie z. B. mit Füllkörpern befüllte Turbulenzrohre oder Mischdüsen für Mehrphasensysteme, eingesetzt werden. Die beiden Phasen können gegebenenfalls zusammen mit dem Synthesegas über eine Leitung der Reaktionszone zugeführt werden.
    Wird die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase zusammen mit der organischen Phase in die Reaktionszone eingeführt, so ist dafür zu sorgen, dass sich die wässrige Phase in der Reaktionszone nicht ansammelt, was zum allmählichen Rückgang und gegebenenfalls zum gänzlichen Erliegen der Hydroformylierungsreaktion führen kann. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass der Reaktionsaustrag an mehreren Stellen der Reaktionszone oder - bei Verwendung mehrerer Reaktionszonen - zumindest der ersten Reaktionszone, z. B. des ersten Reaktors einer Reaktorkaskade, abgezogen wird. Nimmt man den Reaktionsaustrag z. B. nämlich nur am Kopf des Reaktors ab, so wird unter Umständen die Menge der der Reaktionszone zugeführten wässrigen Phase, die zur Erreichung einer ausreichenden Katalysatorkonzentration in der Reaktionszone notwendig ist, nicht vollständig in gelöster oder suspendierter Form mit dem Reaktionsgemisch abgeführt. Die spezifische schwerere wässrige Phase reichert sich im Sumpfraum an. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform Reaktionsaustrag sowohl am Kopf des Reaktors als auch aus dem Sumpfraum des Reaktors entnommen. Der Reaktionsaustrag aus dem Sumpfraum umfasst in der Regel 10 bis 100 Vol.-%, insbesondere 30 bis 50 Vol.-% wässrige Phase.
    Die organische Phase enthält vorteilhaft neben den Polyalkylenen ein organisches Lösungsmittel, wobei aromatische oder aliphatische Kohlenwasserstoffe bevorzugt sind. Als Beispiele lassen sich Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzole, Cyclohexan, Paraffinfraktionen, insbesondere lineare oder verzweigte C6-C30-Alkane, nennen. Bevorzugte Lösungsmittel sind im Wesentlichen wasserunlöslich und gut mit den Polyalkylenen sowie dem Kobaltcarbonylkatalysator mischbar.
    Die Temperatur bei der Hydroformylierung liegt im Allgemeinen bei 100 bis 250 °C, insbesondere 120 bis 200 °C. Die Umsetzung wird vorzugsweise bei einem Druck im Bereich von 150 bis 400 bar, insbesondere 200 bis 300 bar, durchgeführt.
    Geeignete druckfeste Reaktoren für die Hydroformylierung sind dem Fachmann bekannt. Dazu zählen die allgemein üblichen Reaktoren für Gas-flüssig-Reaktionen, wie z. B. Rohrreaktoren, Rührkessel,
    Gasumlaufreaktoren, Blasensäulen usw., die gegebenenfalls durch Einbauten unterteilt sein können. Geeignet ist beispielsweise ein senkrecht stehender Hochdruck-Blasensäulenreaktor, der gegebenenfalls mit koaxialen rohrförmigen Einbauten versehen ist. Als "Reaktionszone" wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung der Bereich eines Reaktors angesehen, in dem geeignete Druck- und Temperaturbedingungen herrschen und die Reaktionspartner so in Kontakt miteinander kommen, dass die Hydroformylierungsreaktion abläuft. Zur Erzielung möglichst hoher Umsätze kann es bevorzugt sein, die Hydroformylierung in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Reaktionszonen, die sich in einem oder mehreren Reaktoren befinden können, durchzuführen. Von mehreren Reaktionszonen wird gesprochen, wenn zwischen ihnen im Wesentlichen keine Rückvermischung stattfindet. Die Ausbildung mehrerer Reaktionszonen in einem Reaktor kann durch geeignete Kaskadierung des Reaktors erreicht werden. Alternativ können zwei oder mehrere Reaktoren hintereinander geschaltet werden, um die Hydroformylierung in mehreren Reaktionszonen durchzuführen. In die zweite oder eine weitere Reaktionszone kann gegebenenfalls frisches Synthesegas eingebracht werden. Ein gleichmäßiger Stofftransport von der ersten Reaktionszone zur zweiten bzw. weiteren Reaktionszone erfolgt vorzugsweise durch Aufrechterhalten eines konstanten Differenzdrucks von wenigen bar, z. B. 2 bis 5 bar.
    Synthesegas ist ein technisches Gemisch von Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Die Zusammensetzung des im erfindungsgemäBen Verfahren eingesetzten Synthesegases kann in weiten Bereichen variieren. Das molare Verhältnis von Kohlenmonoxid und Wasserstoff beträgt in der Regel etwa 10:1 bis 1:10, insbesondere 2,5:1 bis 1:2,5. Ein bevorzugtes Verhältnis liegt bei etwa 40:60 bis 50:50.
    Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die Konzentration des Kobaltcarbonylkatalysators, gerechnet als Kobalt, bezogen auf die der Reaktionszone zugeführte organische Phase 0,05 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-%, beträgt.
    Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren, bei dem man
  • a) eine wässrige Kobalt(II)-salzlösung unter Bildung eines Kobaltcarbonylkatalysators innig mit Synthesegas in Kontakt bringt,
  • b) die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase mit einer die Polyalkylene enthaltenden organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird,
  • c) die organische Phase mit Synthesegas in der Reaktionszone bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur hydroformyliert,
  • d) den Austrag aus der Reaktionszone in Gegenwart von wässriger Kobalt(II)-salzlösung mit Sauerstoff behandelt, wobei der Kobaltcarbonylkatälysator unter Bildung von Kobalt(II)-salzen zersetzt wird und diese in die wässrige Phase zurückextrahiert werden, und
  • e) die wässrige Kobalt(II)-salzlösung in Schritt a) zurückführt.
    • Die Extraktion des Kobaltcarbonylkatalysators in die Polyalkylene enthaltende organische Phase in Schritt b) kann wahlweise außerhalb der Reaktionszone oder gleichzeitig mit der Hydroformylierung in der Reaktionszone erfolgen, wozu zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Meist ist es im Hinblick auf den geringeren apparativen Aufwand bevorzugt, wenn die Katalysatorextraktion in der Reaktionszone erfolgt, d. h. die wässrige und die organische Phase kommen erst in der Reaktionszone miteinander in Kontakt.
    In der Entkobaltungsstufe (Schritt d) wird der Austrag aus der Reaktionszone in Gegenwart von wässriger schwach saurer Kobalt(II)-salzlösung mit molekularem Sauerstoff, üblicherweise in Form von Luft, behandelt. Dabei wird das im Kobaltcarbonylkatalysator enthaltene Kobalt gemäss folgender Gleichung von der Oxidationsstufe -1 nach +2 oxidiert und durch Extraktion mit der wässrigen Phase aus der organischen Phase des Reaktionsaustrags entfernt: 2HCo(CO)4 + 1,5O2 + 4H+ → 2Co2+ + 8CO + 3H2O
    Im Allgemeinen verwendet man die 0,1- bis 10-fache Menge, vorzugsweise die 0,1- bis 1-fache Menge, insbesondere die 0,5- bis 0,9-fache Menge an wässriger Phase, bezogen auf die zu behandelnde organische Phase, gemessen in kg/kg. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die wässrige Phase in Form kleiner Tröpfchen als disperse Phase vorliegt, und die organische Phase liegt dann als Wasser-in-Öl-Emulsion vor. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das angegebene Phasenverhältnis einzustellen, da dann die nachfolgende Auftrennung der Phasen wesentlich erleichtert wird.
    Bei der Entkobaltung arbeitet man im Allgemeinen bei einem pH-Wert von 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 4. Zur pH-Kontrolle ist die Zudosierung einer Carbonsäure, insbesondere Ameisensäure oder Essigsäure, geeignet. Der Säuregehalt der wässrige Phase sollte in jedem Fall so bemessen sein, dass er ausreichend ist, das gesamte Kobalt gemäß obiger Gleichung aufzunehmen.
    Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, als saure wässrige Lösung in der Entkobaltung die nach der Katalysatorherstellung und -extraktion anfallende Kobalt-abgereicherte Kobalt(II)-salzlösung. Durch die Rückextraktion der Kobalt(II)-salze bei der Entkobaltung erfolgt eine Konzentrationserhöhung auf im Wesentlichen die ursprüngliche Kobaltkonzentration. Die derart bei der Entkobaltung anfallende wässrige Kobalt(II)-Salzlösung kann dann zurück in die Stufe der Katalysatorherstellung geführt werden. Die Konzentration an Kobalt(II)-salzen im Kreislauf wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass die Kobalt(II)-salze gelöst bleiben und nicht ausfallen. Bewährt hat sich eine Kobalt(II)-konzentration im Kreislauf der Robalt(II)-salzlösung von 0,5 bis 2 Gew.-% Kobalt.
    Gleichzeitig mit der sauren wässrigen Phase bringt man den Austrag aus der Reaktionszone mit molekularem Sauerstoff, vorzugsweise in Form von Luft, in Kontakt. Die Menge an molekularem Sauerstoff ist so bemessen, dass, bezogen auf das im Austrag aus der Reaktionszone enthaltene Kobalt, mindestens die zweifache, vorzugsweise die 2,1-fache Menge an molekularem Sauerstoff vorhanden ist. Im Falle der Verwendung von Luft bedeutet dies, dass pro Gramm Kobalt 2,7 Nm3 Luft anzuwenden sind. Vorzugsweise sollte die Menge an Sauerstoff das 2,5-fache der stöchiometrisch erforderlichen Menge nicht überschreiten. Zur erfolgreichen Durchführung der Entkobaltung hat es sich bewährt, die saure wässrige Phase bereits vor dem Kontakt mit der organischen Phase mit Luft in Kontakt zu bringen. Dabei sättigt sich die wässrige Phase mit dem angebotenen Sauerstoff, wodurch die nachfolgende Oxidation nicht durch einen langsamen, über eine Gas-flüssig-Grenzfläche hinweg stattfindenden Stofftransport gehemmt ist. Die Vermischung der wässrigen Phase und der molekularen Sauerstoff enthaltenden gasförmigen Phase kann in jedem Apparat zur Durchführung von Gas-flüssig-Reaktionen erfolgen, z. B. einer Blasensäule, einer Mischstrecke, einem intensiv gerührten Mischkessel oder einer Zweistoffdüse.
    Die Entkobaltung erfolgt vorzugsweise bei erhöhter Temperatur. Im Allgemeinen wendet man Temperaturen von 50 bis 150 °C, vorzugsweise von 100 bis 120 °c an. Die Behandlung kann drucklos oder unter erhöhtem Druck stattfinden. Besonders bewährt hat sich die Anwendung eines Drucks von mehr als 1 bar, vorzugsweise 5 bis 50 bar. Die Verweilzeit in der Entkobaltungsstufe kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden.
    Bei der Entkobaltung ist eine intensive Durchmischung der organischen und wässrigen Phase angestrebt. Die Durchmischung kann z. B. in einem Rührbehälter, einer Zweistoffdüse oder einer Mischstrecke, z. B. einer Füllkörperschüttung, erfolgen. Als Füllkörper sind Raschig-Ringe, Pallringe, Glaskugeln und dergleichen geeignet.
    Anschließend trennt man zweckmäßigerweise zuerst die Gasphase von den beiden Flüssigphasen und trennt dann die wässrige von der organischen Phase ab. Zur Phasentrennung kann das Gemisch aus wässriger und organischer Phase in eine Beruhigungszone geleitet und aufgetrennt werden. Dies geschieht zweckmäßigerweise in einem liegenden, kontinuierlich betriebenen Phasentrenngefäß, das mit geringer Strömungsgeschwindigkeit durchflossen wird. Bedingt durch den Dichteunterschied der Phasen trennt sich die Emulsion im Erdschwerefeld, so dass beide Phasen in zusammenhängender Form und weitgehend fremdphasenfrei übereinander geschichtet vorliegen. Man erhält die wässrige Phase praktisch frei von organischer Phase, so dass die Kobalt(II)-salzlösung ohne weitere Aufarbeitung in die Katalysatorbildungs- und Entkobaltungsstufe zurückgeführt werden kann. Die organische Phase fällt in der Regel als Feinemulsion an, die fein dispergierte Tröpfchen der wässrigen Phase enthält. Die Feinemulsion ist meist sehr stabil und die Phasentrennung aufgrund der Dichtedifferenz erfordert sehr lange Verweilzeiten. Um die Koaleszenz der restlichen dispergierten wässrigen Phase zu beschleunigen, benutzt man mit Vorteil eine oder mehrere mechanische Koaleszenzstufen mit integrierter oder nachgeschalteter Phasentrenneinrichtung. Geeignet sind im Allgemeinen Abscheider mit Koaleszenzeinbauten, wie Füllkörpern, Koaleszenzflächen oder feinporigen Elementen. Vorzugsweise leitet man die Feindispersion von oben nach unten durch eine Füllkörperschüttung. Durch Benetzung der großen Füllkörperoberfläche kommt es zur Oberflächenkoaleszenz und gleichzeitig durch Tropfenbewegung zur Tropfen-Tropfen-Koaleszenz. In einer zweckmäßigen Ausführungsform wird eine vertikal angeordnete Füllkörperkolonne verwendet, wobei die Füllkörper aus einem Material bestehen, das durch die disperse wässrige Phase benetzt wird, und die Füllkörperschüttung durch die organische Phase geflutet ist. Bevorzugt werden Füllkörperkolonnen verwendet, die mit Füllkörpern aus Metall, z. B. Metallringen, gefüllt sind. Die sich bildenden großen Tropfen der wässrigen Phase scheiden sich rasch ab und können als Unterphase abgezogen werden.
    Bei der Phasentrennung werden mit Vorteil Emulsionsspalter mitverwendet. Als Emulsionsspalter kommen insbesondere alkoxylierte Verbindungen in Betracht, wie sie üblicherweise in der Erdölindustrie zur Abtrennung salzhaltigen Wassers Verwendung finden.
    Diese sind z. B.
  • a) mit Propylenoxid und gegebenenfalls zusätzlich Ethylenoxid alkoxylierte Oligo- und Polyamine und -imine,
  • b) alkoxylierte Alkylphenolformaldehydharze und
  • c) Ethylenoxid/Propylenoxid-Blockcopolymere, sowie
  • d) deren polymere Acrylsäureester,
    • wie sie in der DE-A-2 227 546 und der DE-A-2 435 713 (a), der DE-A-2 013 820 (b), DE-A-1 545 215 (c) und der DE-A-4 326 772 (d) beschrieben sind.
    Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Emulsionsspalters, der durch Umsetzung von Polyethylenimin mit einem Molekulargewicht von 10000 bis 50000 mit solchen Mengen Propylenoxid und gegebenenfalls zusätzlich Ethylenoxid erhalten wird, dass der Gehalt an Alkoxyeinheiten 90 bis 99 Gew.-% beträgt.
    Die Aufwandmenge an Emulsionsspaltern, die zur Erzielung des gewünschten Effekt zudosiert wird, beträgt im Allgemeinen etwa 0,1 bis 100 g/t eingesetzter organischer Phase, vorzugsweise 2 bis 20 g/t.
    Bevorzugt wird der Emulsionsspalter in verdünnter Form kontinuierlich zugegeben. Die Verdünnung mit einem inerten Lösungsmittel, z. B. ortho-Xylol, erleichtert die Handhabung sowie die Dosierung der geringen benötigten Menge. Die Zugabe erfolgt zweckmäßigerweise zusammen mit der Zugabe der wässrigen Extraktionslösung und der Luft unter Entspannung, wodurch der Emulsionsspalter wirkungsvoll eingemischt wird.
    Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren, bei dem man
  • a) eine mit einem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Polyalkylene enthaltende organische Phase mit Synthesegas in der Reaktionszone bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur hydroformyliert,
  • b) den Austrag aus der Reaktionszone mit einer wässrigen Säure versetzt und in Gegenwart einer einen Kobaltcarbonylkatalysator enthaltenden wässrigen Phase mit einem Strippgas strippt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise vom Strippgas mitgeführt und teilweise in eine wasserlösliche Form überführt und in die wässrige Phase extrahiert wird,
  • c) die wässrige Phase mit Sauerstoff behandelt, wobei die wasserlösliche Form des Kobaltcarbonylkatalysators unter Bildung von Kobalt(II)-salzen zersetzt wird;
  • d) die wässrige Kobalt(II)-salzlösung unter Bildung eines Kobaltcarbonylkatalysators innig mit Synthesegas in Kontakt bringt und die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase in Schritt b) zurückführt,
  • e) das mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Strippgas aus Schritt b) mit einer Polyalkylene enthaltenden organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in der organischen Phase absorbiert wird, und die organische Phase in den Schritt a) zurückführt.
    • Als wässrige Säure in Schritt b) ist Ameisensäure besonders geeignet. Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung kann analog dem in der US 5,434,318 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
    Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Verfahren, bei dem man
  • a) eine wässrige Lösung eines Salzes des Kobalttetracarbonylanions unter Bildung eines hydroformylierungsaktiven Kobaltcarbonylkatalysators ansäuert,
  • b) die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Lösung mit einer die Polyalkene enthaltenden organischen Phase innig in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird,
  • c) die organische Phase in der Reaktionszone hydroformyliert,
  • d) den Austrag aus der Reaktionszone unter Rückbildung des Kobalttretracarbonylanions mit einer wässrigen Lösung einer Base behandelt, und die wässrige Lösung in Schritt a) zurückführt.
    • Das Verfahren gemäß dieser Ausgestaltung kann analog zu dem in H. Lemke, "Select the Best Oxo Catalyst Cycle" Hydrocarbon Processing Petrol. Refiner, 45(2) (Feb. 1966), 148-152 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
    Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 näher erläutert. An sich selbstverständliche Details, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
    Fig. 1 zeigt schematisch eine zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit separater Extraktionsstufe geeignete Anlage. Einer Carbonylbildungszone (16) wird über Leitung (8a) eine wässrige Kobalt(II)-salzlösung und über Leitung (2) Synthesegas zugeführt. Der Austrag der Carbonylbildungszone (16) wird über die Leitung (17) in die Extraktionszone (18) überführt, der gleichzeitig über die Leitung (1) ein Polyalkylen bzw. ein Gemisch von Polyalkylen und einem Lösungsmittel zugeführt wird. Dabei wird der gebildete Kobaltcarbonylkatalysator weitgehend in die Polyalkylen-haltige Phase überführt, die dann nach Phasentrennung über Leitung (3) dem Reaktionssystem (4) zugeführt wird. Die an Kobaltcarbonylen verarmte, noch Kobalt(II)-salz enthaltende wässrige Lösung wird über die Leitungen (19) und (8) der Entkobaltungsstufe (6) zugeführt. Im Reaktionssystem (4), das aus mehreren Reaktoren oder einem Reaktor mit geeigneten Einbauten bestehen kann, findet unter Hydroformylierungsbedingungen die Umsetzung des Polyalkylens mit Synthesegas zu Hydroformylierungsprodukten statt. Der Austrag aus dem Reaktionssystem wird über die Leitung (5) der Entkobaltungsstufe (6) zugeführt und wird mit Luft über Leitung (7) und einer wässrigen sauren Kobalt(II)-salzlösung überleitung (8) behandelt. Dabei wechselt das Kobalt die Oxidationsstufe von -1 nach +2 und wird in der sauren wässrigen Phase als Kobalt(II)-salz gelöst. Unmittelbar nach der Entkobaltung wird über Leitung (9) ein Emulsionsspalter zugegeben. Der rohe Austrag wird dann über die Leitung (10) in ein Phasentrenngefäß (11) geleitet. Hierbei trennen sich Gasphase und die beiden Flüssigphasen. Über die Leitung (12) werden die nicht umgesetzten Anteile der Luft sowie aus der Synthesestufe mitgeführte Anteile an Kohlenmonoxid und Wasserstoff abgeleitet. Die abgeschiedene wässrige Phase wird über die Leitung (8a) wieder der Carbonylbildungszone (16) zugeführt. Nach der Phasentrennung (11) wird die organische Phase, die noch geringe Mengen wässriger Phase enthält, über die Leitung (13) einer Koaleszenzstufe (14), z. B. einer mit Metallfüllkörpern gefüllten Füllkörperkolonne, zugeführt. Nach Abtrennung der koaleszierten wässrigen Phase kann über die Leitung (15) das rohe Hydroformylierungsprodukt der weiteren Aufarbeitung zugeführt werden.
    Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne separate Extraktionsstufe. Einer Carbonylbildungszone (16) wird über die Leitung (8a) eine wässrige Robalt(II)-salzlösung und über die Leitung (2) Synthesegas zugeführt. Der Austrag aus der Carbonylbildungszone wird über die Leitung (3) dem aus zwei hintereinander geschalteten Reaktoren bestehenden Hydroformylierungssystem (4) zugeführt, in das außerdem über die Leitung (2) Synthesegas und über die Leitung (1) das Polyalkylen bzw. ein Gemisch von Polyalkylen und Lösungsmittel zugeführt wird. Der Austrag aus dem Reaktionssystem wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 1 geschildert, über die Leitung (5) der Entkobaltungsstufe (6) zugeführt. Außerdem wird am Boden des ersten Reaktors des Hydroformylierungssystems eine an Kobaltcarbonylen verarmte wässrige Phase abgezogen und über Leitung (20) der Entkobaltungsstufe (6) zugeführt. Auf diese Ausschleusung kann verzichtet werden, wenn die an Kobaltcarbonylen verarmte wässrige Phase im Hydroformylierungsgemisch löslich oder dispergierbar ist. Die weitere Aufarbeitung erfolgt wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, wobei gleichen Bezugsziffern die gleiche Bedeutung zukommt.
    Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der vorgebildete Kobaltcarbonylkatalysator mittels eines Strippgases ausgestrippt und in der zu hydroformylierenden organischen Phase absorbiert wird. Dem Reaktor (3) werden über die Leitung (1) eine Kobaltcarbonylkatalysator und Polyalkylene enthaltende organische Phase und über die Leitung (2) Synthesegas zugeführt. Im Reaktor (3) erfolgt bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck die Hydroformylierungsreaktion. Der Reaktionsaustrag wird über die Leitung (4) abgeführt und über die Leitung (6) mit einer wässrigen Lösung einer Carbonsäure, wie Ameisensäure, versetzt. Der so behandelte Reaktionsaustrag wird im Stripper (7) mit'einem Strippgas, z. B. Synthesegas, behandelt, wobei der flüchtige Robaltcarbonylkatalysator zum Teil vom Strippgas mitgeführt und über die Leitung (9) abgenommen wird. Am Boden des Strippers (7) wird ein heterogenes Gemisch des organischen Reaktionsaustrags und der gelöste Kobaltverbindungen enthaltenen wässrigen Phase abgenommen und einem Phasentrenngefäß (10) zugeführt. Die organische Phase wird über die Leitung (11) abgenommen und der weiteren Aufarbeitung zugeführt. Die wässrige Phase wird über die Leitung (12) der Entkobaltungsvorrichtung (13) zugeführt, wo sie mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft, behandelt wird und die löslichen Kobaltverbindungen in Kobalt(II)-salze umgewandelt werden. Die behandelte wässrige Lösung wird über die Leitung (15) einem Eindampfer (16) zugeführt, wo eine aufkonzentrierte Kobalt(II)-salzlösung und eine wässrige Carbonsäurelösung erhalten werden. Die wässrige Carbonsäurelösung kann über Leitung (6) zum Ansäuern des organischen Reaktionsaustrags der Hydroformylierung verwendet werden. Die aufkonzentrierte Kobalt(II)-salzlösung wird über die Leitung (17) dem Kobaltcarbonyl-Generator (20) zugeführt, dem über die Leitung (18) außerdem Synthesegas zugeführt wird. Zweckmäßigerweise wird dem Kobaltcarbonyl-Generator (20) über die Leitung (19) außerdem eine kleine Menge des entkobalteten rohen Hydroformylierungsprodukts zugeführt. Im Kobaltcarbonyl-Generator (20) wird aus den gelösten Kobalt(II)-salzen ein Kobaltcarbonylkatalysator hergestellt, der über Leitung (5) dem Stripper (7) zugeführt wird. Das mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Strippgas aus dem Stripper (7) wird über die Leitung (9) dem Absorber (21) zugeführt, dem über die Leitung (22) eine Polyalkylene enthaltende organische Phase zugeführt wird. Das an dem Kobaltcarbonylkatalysator verarmte Strippgas wird über die Leitung (8) erneut dem Stripper (7) zugeführt. Die mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene organische Phase wird über Leitung (1) dem Reaktor (3) zugeführt.
    Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
    Beispiele Vergleichsbeispiel 1: Verwendung von wässriger Kobaltsalzlösung als Hydroformylierungskatalysator
    Es wurden stündlich 3660 kg einer Mischung aus 1940 kg Polyisobutenen und 1720 kg einer C10-C14-Paraffinkohlenwasserstofffraktion in ein Hydroformylierungsreaktorsystem eingeleitet. Gleichzeitig führte man dem System 300 kg/h wässrige saure Kobaltformiatlösung zu, deren pH-Wert mit Ameisensäure auf etwa 3,4 eingestellt wurde und die 1,3 Gew.-% Kobalt enthielt.
    Im Hydroformylierungsreaktorsystem fand bei 180 bis 185 °C die Hydroformylierungsreaktion statt. Der Reaktordruck von etwa 270 bar wurde durch Zufuhr der notwendigen Menge Synthesegas konstant gehalten.
    Nach dem Passieren der Reaktorstrecke wurde das Produkt in eine Entkobaltungsstufe entspannt. Der Druck wurde dabei von etwa 270 auf 20 bar abgesenkt. In die Entkobaltungszone wurden pro Stunde außerdem 2600 kg Kobaltsalzlösung der oben genannten Zusammensetzung sowie 17 kg Luft geleitet. Unmittelbar nach dem Ausgang der Entkobaltungsstufe wurde ein Emulsionsspalter als verdünnte Lösung so zugegeben, dass die Konzentration an Spalter 12 g pro t Reaktionsaustrag betrug. Der Emulsionsspalter war ein mit Propylenoxid modifiziertes Polyethylenimin (Molekulargewicht des zur Herstellung verwendeten Polyethylenimins: etwa 20000; Gehalt an Propoxy-Einheiten 99 Gew.-%, vergleiche WO 98/12235).
    In einer Beruhigungszone wurden pro Stunde 200 kg Entspannungsgas abgetrennt und in ein Sammelsystem abgeleitet.
    Die Flüssigphasen wurden voneinander getrennt. Die wässrige Phase war weitgehend frei von organischen Anteilen, der Gehalt an Kobaltcarbonylen betrug nur 0,05 Gew.-%.
    Die organische Phase enthielt noch etwa 0,7 Gew.-% Fremdphase.
    Die weitere Aufarbeitung erfolgte wie in WO 98/12235 beschrieben. Das eingesetzte Polyisobutylen wurde zu 93 % umgesetzt. 62 % des umgesetzten Polyisobutens wurden in die Wertprodukte Polyisobutylaldehyd, -alkohol oder -ester umgewandelt. Die Ermittlung des Polyisobutenumsatzes sowie der Ausbeuten an Polyisobutenaldehyd, - alkohol oder -ester erfolgte säulenchromatographisch sowie durch Ermittlung der dem Fachmann geläufigen Kennzahlen.
    Beispiel 2: Verwendung von organischen Kobaltcarbonyllösungen als Hydroformylierungskatalysator
    Man führte einer Vorcarbonylierungsreaktor 208 kg/h wässrige saure Kobaltformiatlösung zu, deren pH-Wert mit Ameisensäure auf 3,4 eingestellt wurde und die 1,3 Gew.-% Kobalt enthielt. Die Umwandlung des Kobaltformiats in Kobaltcarbonyle erfolgte bei 95 °C und 280 bar mit einem Gasgemisch von 40 Vol.-% CO und 59 Vol.-% H2 (+1 % Inertgase). Es wurde im Wesentlichen das gesamte zur Durchführung der Hydroformylierung notwendige Gas durch den Vorcarbonylierungsreaktor geleitet Dieser hatte ein Volumen von 2,3 m3 und war mit Aktivkohle gefüllt. Nach dem Durchgang durch den Vorcarbonylierungsreaktor hatten sich 70 % des angebotenen Kobalts in Kobaltcarbonylwasserstoff umgewandelt.
    Der Austrag des vorcarbonylierungsreaktors wurde ohne Entspannung in eine Extraktionszone geführt, in die außerdem stündlich 3660 kg einer Mischung aus 1940 kg Polyisobuten und 1720 kg einer C12-C14-Paraffinkohlenwasserstofffraktion eingeleitet wurden. In der Extraktionszone, bestehend aus einer Misch- und einer Beruhigungszone, wurden die Kobaltcarbonyle weitgehend von der wässrigen Phase in die aus dem Polyisobuten und der C12-C14-Paraffinkohlenwasserstofffraktion bestehenden organischen Phase überführt. Die an Kobaltcarbonylen verarmte wässrige Phase, 185 kg/h, wurde der Entkobaltungsstufe zugeführt.
    Die mit Kobaltcarbonylen beladene organische Phase, 3700 kg/h, wurde dem Hydroformylierungssystem zugeführt. Das Reaktionssystem hatte ein Reaktionsvolumen von 21,7 m3, so dass die Reaktionsraumbelastung 0,17 kg/l*h betrug. Im Reaktionssystem fand bei 181 °C die Hydroformylierungsreaktion statt. Der Reaktionsdruck von 270 bar wurde durch Zufuhr der notwendigen Menge Synthesegas konstant gehalten, das der Vorcarbonylierungszone entnommen wurde.
    Nach dem Passieren der Reaktionsstrecke wurde das Produkt in eine Entkobaltungszone entspannt. Der Druck wurde dabei von 270 auf 20 bar abgesenkt. In die Entkobaltungszone wurden pro Stunde außerdem 2300 kg Kobaltsalzlösung der oben genannten Zusammensetzung sowie 9,5 kg Luft geleitet, die vor dem Eintritt in die Entkobaltungszone in einer Zweistoffdüse intensiv gemischt wurden und danach eine Blasensäule mit einer mittleren Verweilzeit von etwa 2 Minuten passierten. Es stellte sich eine Temperatur von 115 °C ein. Unmittelbar nach dem Ausgang der Entkobaltungszone wurde ein Emulsionsspalter als verdünnte Lösung so zugegeben, dass die Konzentration an Spalter 420 mg pro t Reaktionsaustrag betrug. Der Emulsionsspalter war ein mit Propylenoxid modifiziertes Polyethylenimin gemäß WO 98/12235.
    Nach der Mischstrecke wurden in einer Beruhigungszone pro Stunde 260 kg Entspannungsgas abgetrennt und in ein Sammelsystem abgeleitet. Die Flüssigphasen wurden voneinander getrennt. Die wässrige Phase war weitgehend frei von organischen Anteilen, der Gehalt an Kobaltcarbonylen betrug nur 0,05 Gew.-%. Die organische Phase enthielt noch etwa 0,7 Gew.-% Fremdphase, der Gehalt an Kobalt betrug 10 ppm. Die weitere Aufarbeitung erfolgte wie in WO 98/12235 beschrieben.
    Das eingesetzte Polyisobuten wurde zu 92 % umgesetzt. 90 % des umgesetzten Polyisobutens wurden in die Wertprodukte Polyisobutylaldehyd, -alkohol oder -ester umgewandelt. Die Ermittlung des Polyisobutenumsatzes sowie der Ausbeuten an Polyisobutenaldehyd, -alkohol oder -ester erfolgte säulenchromatographisch sowie durch Ermittlung von Kennzahlen.
    Beispiel 3: Verwendung von wässrigen Kobaltcarbonyllösungen als Hydroformylierungskatalysator
    Man führte dem oben beschriebenen Vorcarbonylierungsreaktor 208 kg/h wässrige saure Kobaltformiatlösung zu, deren pH-Wert mit Ameisensäure auf 3,4 eingestellt wurde und die 1,3 Gew.-% Kobalt enthielt. Die Umwandlung des Kobaltformiats in Kobaltcarbonyle erfolgte bei 95 °C mit einem Gasgemisch von 40 Vol.-% CO und 59 Vol.-% H2 (+1 % Inertgase). Es wurde im Wesentlichen das gesamte zur Durchführung der Hydroformylierung notwendige Gas durch den Vorcarbonylierungsreaktor geleitet. Nach dem Durchgang durch den Vorcarbonylierungsreaktor hatten sich 70 % des angebotenen Kobalts in Kobaltcarbonylwasserstoff umgewandelt. Der Austrag des Vorcarbonylierungsreaktors wurde unmittelbar dem Hydroformylierungssystem zugeführt.
    Außerdem leitete man stündlich 3660 kg einer Mischung aus 1940 kg Polyisobuten und 1720 kg einer C10-C14-Paraffinkohlenwasserstofffraktion in das Hydroformylierungsreaktionssystem. Das Reaktorsystem hatte ein Reaktionsvolumen von 21,7 m3, so dass die Reaktionsraumbelastung 0,17 kg/l*h betrug.
    Im Reaktionssystem fand bei 181 °C die Hydroformylierungsreaktion statt. Der Reaktionsdruck von 270 bar wurde durch Zufuhr der notwendigen Menge Synthesegas konstant gehalten. Am Boden des ersten Reaktors des Reaktionssystems wurden stündlich 185 kg einer an Kobaltcarbonylen verarmten wässrigen Lösung abgezogen und der Entkobaltungsstufe zugeführt.
    Nach dem Passieren der Reaktionsstrecke wurde das Produkt in eine Entkobaltungszone entspannt. Der Druck wurde dabei von 270 auf 20 bar abgesenkt. In die Entkobaltungszone wurden pro Stunde außerdem 2300 kg Kobaltsalzlösung der oben genannten Zusammensetzung sowie 9,5 kg Luft geleitet, die vor dem Eintritt in die Entkobaltungszone in einer Zweistoffdüse intensiv gemischt wurden und danach eine Blasensäule mit einer mittleren Verweilzeit von etwa 2 Minuten passierten. Es stellte sich eine Temperatur von 115 °C ein. Unmittelbar nach dem Ausgang der Entkobaltungszone wurde ein Emulsionsspalter als verdünnte Lösung so zugegeben, dass die Konzentration an Spalter 420 mg pro t Reaktionsaustrag betrug. Der Emulsionsspalter war ein mit Propylenoxid modifiziertes Polyethylenimin gemäß WO 98/12235.
    Nach der Mischstrecke wurden in einer Beruhigungszone pro Stunde 360 kg Entspannungsgas abgetrennt und in ein Sammelsystem abgeleitet. Die Flüssigphasen wurden voneinander getrennt. Die wässrige Phase war weitgehend frei von organischen Anteilen, der Gehalt an Kobaltcarbonylen betrug nur 0,05 Gew.-%. Die organische Phase enthielt noch etwa 0,7 Gew.-% Fremdphase, der Gehalt an Kobalt betrug 10 ppm. Die weitere Aufarbeitung erfolgte wie in WO 98/12235 beschrieben.
    Das eingesetzte Polyisobuten wurde zu 88 % umgesetzt. 90 % des umgesetzten Polyisobutens wurden in die Wertprodukte Polyisobutylaldehyd, -alkohol oder -ester umgewandelt. Die Ermittlung des Polyisobutenumsatzes sowie der Ausbeuten an Polyisobutenaldehyd, -alkohol oder -ester erfolgte säulenchromatographisch sowie durch Ermittlung von Kennzahlen.
    Die Ausbeute an dem gewünschten Polyisobutenaldehyd, -alkohol und -ester war nach den beiden erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 3 unter Verwendung von außerhalb der Reaktionszone vorgebildetem Robaltcarbonyl wesentlich höher als nach dem Vergleichsbeispiel 1, bei welchem dem Reaktionssystem eine wässrige Kobaltformiatlösung zugeführt wurde und die Kobaltcarbonylbildung erst im Reaktionssystem erfolgte.

    Claims (13)

    1. Verfahren zur kontinuierlichen Hydroformylierung von im Wesentlichen einfach ungesättigten Polyalkylenen mit 30 bis 700 Kohlenstoffatomen, bei dem man
      i) in Abwesenheit der Polyalkylene aus einem in einer wässrigen Phase gelösten Katalysatorvorläufer einen hydroformylierungsaktiven Kobaltcarbonylkatalysator herstellt,
      ii) in einer Reaktionszone die Polyalkylene in Gegenwart des Kobaltcarbonylkatalysators mit Synthesegas hydroformyliert,
      iii) aus dem Austrag aus der Reaktionszone den Kohaltcarbonylkatalysator unter zumindest teilweiser Rückbildung des Katalysatorvorläufers abtrennt und den Katalysatorvorläufer in Schritt i) zurückführt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man den Kobaltcarbonylkatalysator in einer die Polyalkylene enthaltenden organischen Phase löst und die mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene organische Phase in die Reaktionszone einführt.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man den Kobaltcarbonylkatalysator in der organischen Phase löst, indem man eine den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase mit der organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man den Kobaltcarbonylkatalysator in der organischen Phase löst, indem man eine den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase mit einem Strippgas behandelt und das mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Strippgas mit der organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in der organischen Phase absorbiert wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man in die Reaktionszone gleichzeitig eine den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase und eine die Polyalkylene enthaltende organische Phase einführt.
    6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem Katalysatorvorläufer um ein Kobalt(II)-salz handelt und man den Kobaltcarbonylkatalysator durch Behandeln des Katalysatorvorläufers mit Synthesegas herstellt.
    7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem man
      a) eine wässrige Kobalt(II)-salzlösung unter Bildung eines Kobaltcarbonylkatalysators innig mit Synthesegas in Kontakt bringt,
      b) die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase mit einer die Polyalkylene enthaltenden organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird,
      c) die organische Phase mit Synthesegas in der Reaktionszone bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur hydroformyliert,
      d) den Austrag aus der Reaktionszone in Gegenwart von wässriger Kobalt(II)-salzlösung mit Sauerstoff behandelt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator unter Bildung von Kobalt(II)-salzen zersetzt wird und diese in die wässrige Phase zurückextrahiert werden, und
      e) die wässrige Kobalt(II)-salzlösung in Schritt a) zurückführt.
    8. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem man
      a) eine mit einem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Polyalkylene enthaltende organische Phase mit Synthesegas in der Reaktionszone bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur hydroformyliert,
      b) den Austrag aus der Reaktionszone mit einer wässrigen Säure versetzt und in Gegenwart einer einen Kobaltcarbonylkatalysator enthaltenden wässrigen Phase mit einem Strippgas strippt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise vom Strippgas mitgeführt und teilweise in eine wasserlösliche Form überführt und in die wässrige Phase extrahiert wird,
      c) die wässrige Phase mit Sauerstoff behandelt, wobei die wasserlösliche Form des Kobaltcarbonylkatalysators unter Bildung von Kobalt(II)-salzen zersetzt wird;
      d) die wässrige Kobalt(II)-salzlösung unter Bildung eines Kobaltcarbonylkatalysators innig mit Synthesegas in Kontakt bringt und die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Phase in Schritt b) zurückführt,
      e) das mit dem Kobaltcarbonylkatalysator beladene Strippgas aus Schritt b) mit einer Polyalkylene enthaltenden organischen Phase in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in der organischen Phase absorbiert wird, und die organische Phase in den Schritt a) zurückführt.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem es sich bei dem Katalysatorvorläufer um ein Salz des Kobalttetracarbonylanions handelt und man den Kobaltcarbonylkatalysator durch Ansäuern des Katalysatorvorläufers herstellt.
    10. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem man
      a) eine wässrige Lösung eines Salzes des Kobalttetracarbonylanions unter Bildung eines hydroformylierungsaktiven Kobaltcarbonylkatalysators ansäuert,
      b) die den Kobaltcarbonylkatalysator enthaltende wässrige Lösung mit einer die Polyalkene enthaltenden organischen Phase innig in Kontakt bringt, wobei der Kobaltcarbonylkatalysator zumindest teilweise in die organische Phase extrahiert wird,
      c) die organische Phase in der Reaktionszone hydroformyliert,
      d) den Austrag aus der Reaktionszone unter Rückbildung des Kobalttretracarbonylanions mit einer wässrigen Lösung einer Base behandelt, und die wässrige Lösung in Schritt a) zurückführt.
    11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydroformylierung in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Reaktionszonen durchführt.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem die organische Phase ein inertes Lösungsmittel enthält.
    13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man als Polyalkylen Homo- oder Copolymere des Isobutens verwendet.
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